回転分子モーター蛋白質の駆動力伝達部位の弾性が回転速度・トルクに与える影響

ATP合成酵素(FoF1)の構造はユニークで，2つの回転分子モーターFoとF1が共通の回転軸γで連結されている。回転軸γの棒状部分（反平行αヘリカルヘリックス構造）は，F1の円筒型の固定子（α3β3リング）に深く刺さり，リング上部領域と下部領域のみで接触している。リングと接触していない中間領域は，回転の駆動力伝達だけを担うドライブシャフトと考えられる。本研究では，この回転軸(駆動力伝達部位)の弾性率(物理的性質)が，分子内のトルク発生(力と方向)や回転速度へ与える影響を，ATP駆動で回転するF1を観察することで調べた。FoF1のみならず，タンパク質の弾性とその機能との関係を明らかにするという意味でも新しい試みである。回転軸の弾性率を変えた2通りのF1変異体を作製した。回転軸の中間領域を構成する２本のαヘリックスの両方ともに自由回転領域を導入した「ドライブシャフトの弾性がゼロの変異体N」と，片方にだけに導入した「ドライブシャフトの弾性を弱めた変異体A」である。本年度は，負荷（溶液からの粘性抵抗）をかけた状態の回転速度を解析した。平均の回転トルクを見積もると，野生型F1と比較して，変異体Aでは～3/4に，変異体Nでは～1/3に減少した。また，回転軸の下部接触領域を全て欠いたF1変異体では，～1/10へと減少することを考慮すると，下部接触領域はトルク発生あるいは伝達に重要である。シンプルにこれらの結果を解釈すると，弾性がゼロの回転軸であっても相当の駆動力を伝達していることになる。ミクロのモーターでは，回転速度だけではなく「駆動力発生・伝達の役割も固定子と回転子の両方が担う」可能性を示唆している。

ATP合成酵素(FoF1)の構造はユニークで，2つの回転分子モーターFoとF1が共通の回転軸γで連結されている。回転軸γの棒状部分（反平行αヘリカルヘリックス構造）は，F1の円筒型の固定子（α3β3リング）に深く刺さり，リング上部領域と下部領域のみで接触している。リングと接触していない中間領域は，回転の駆動力伝達だけを担うドライブシャフトと考えられる。本研究では，この回転軸(駆動力伝達部位)の弾性率(物理的性質)が，分子内のトルク発生(力と方向)や回転速度へ与える影響を，ATP駆動で回転するF1を観察することで調べた。FoF1のみならず，タンパク質の弾性とその機能との関係を明らかにするという意味でも新しい試みである。回転軸の弾性率を変えた2通りのF1変異体を作製した。回転軸の中間領域を構成する２本のαヘリックスの両方ともに自由回転領域を導入した「ドライブシャフトの弾性がゼロの変異体N」と，片方にだけに導入した「ドライブシャフトの弾性を弱めた変異体A」である。本年度は，負荷（溶液からの粘性抵抗）をかけた状態の回転速度を解析した。平均の回転トルクを見積もると，野生型F1と比較して，変異体Aでは～3/4に，変異体Nでは～1/3に減少した。また，回転軸の下部接触領域を全て欠いたF1変異体では，～1/10へと減少することを考慮すると，下部接触領域はトルク発生あるいは伝達に重要である。シンプルにこれらの結果を解釈すると，弾性がゼロの回転軸であっても相当の駆動力を伝達していることになる。ミクロのモーターでは，回転速度だけではなく「駆動力発生・伝達の役割も固定子と回転子の両方が担う」可能性を示唆している。